Altern im Weltraum: Organ-Chips enthüllen Inflammaging

1961 wurde Juri Gagarin der erste Mensch, der ins All flog. Er kehrte nach nur 108 Minuten zurück und überlebte. Doch als längere Flüge begannen, entdeckten Forscher etwas Beunruhigendes: Der menschliche Körper ist nicht für ein Leben ohne Schwerkraft gebaut. Nach einigen Monaten im Weltraum kehren Astronauten mit geschrumpften Muskeln, Knochen, die monatlich 1-1,5 % ihrer Dichte verloren haben, beeinträchtigtem Sehvermögen und Blut voller Entzündungsmarker zurück. In gewisser Weise tragen sie Abnutzungserscheinungen, die an einen weitaus älteren Körper erinnern als ihr chronologisches Alter.

Dieses Paradoxon hat den Weltraum zu einem der interessantesten Labore der Welt für die Erforschung des Alterns gemacht. Wenn Prozesse, die auf der Erde Jahre dauern, im Weltraum innerhalb von Tagen und Wochen ablaufen, kann man sie in Echtzeit beobachten. Forscher des Cedars-Sinai schickten zur Internationalen Raumstation Organ-Chips und winzige Organoide mit lebenden menschlichen Zellen, um speziell den als Inflammaging bezeichneten Prozess zu untersuchen.

Altern im Weltraum ist nicht nur eine akademische Frage. Die NASA plant längere Missionen zum Mars, die einen längeren Aufenthalt in Schwerelosigkeit mit sich bringen. Wenn wir nicht verstehen, wie man diese beschleunigte Alterung bremsen kann, werden die Astronauten nicht in einem akzeptablen Zustand zurückkehren. Aber viel wichtiger: Dieselben Mechanismen wirken auch bei uns, nur langsamer. Der Weltraum beleuchtet sie.

Was sind Organ-Chips und warum sind sie bahnbrechend?

Ein Organ-on-a-Chip ist ein winziges Gerät, das die Funktion eines menschlichen Organs auf einem Chip in etwa der Größe einer Kreditkarte nachbildet. Das Gerät enthält:

• Lebende menschliche Zellen: Meist Epithelzellen, Endothelzellen und organspezifische Zellen, angeordnet in einer dreidimensionalen Struktur.
• Mikrofluidische Kanäle: Röhren mit einer Breite von Dutzenden Mikrometern, durch die Zellkulturflüssigkeiten, Nährstoffe und Medikamente fließen.
• Sensoren: Messen pH-Wert, Sauerstoff, Genexpression und Entzündungsmarker in Echtzeit.
• Druck- und Bewegungssystem: Simuliert Blutfluss, Atmung, Herzschlag oder andere physiologische Aktivitäten.
• Verbindung zwischen Chips: Mehrere Chips können für ein komplexeres Modell miteinander verbunden werden.

Die Technologie begann 2010 am Wyss Institute der Harvard University: Don Ingber und Donald Ingber veröffentlichten in Science den ersten Lungen-Chip (Lung-on-a-Chip), der Lungenphysiologie und eine Entzündungsreaktion auf einem Chip demonstrierte. Seitdem ist die Technologie ausgereift, und Chips können Herz, Lunge, Leber, Niere, Darm und sogar Immungewebe nachahmen. Neben Chips züchten die Forscher auch Organoide: dreidimensionale Zellcluster, die sich wie Miniaturgewebe organisieren.

Der entscheidende Vorteil: Man kann menschliche Alterungsprozesse untersuchen, ohne an Menschen zu testen und ohne die Einschränkungen von Tiermodellen, die dem Menschen nicht immer ähneln.

Was ist Inflammaging und warum verstärkt der Weltraum es?

Inflammaging ist ein Begriff, der um das Jahr 2000 von dem Forscher Claudio Franceschi und seinem Team geprägt wurde. Er beschreibt ein Phänomen, das fast bei jedem älteren Menschen auftritt: eine chronische, niedrigschwellige Entzündung, die nicht durch eine Infektion oder ein Trauma verursacht wird. Die Spiegel entzündlicher Zytokine (IL-6, TNF-α, CRP) steigen mit dem Alter langsam, aber stetig an. Diese Entzündung ist mit einem erheblichen Teil der Alterskrankheiten verbunden: Alzheimer, Typ-2-Diabetes, Herzkrankheiten, Krebs und nachlassende Immunfunktion.

Im Weltraum scheinen diese entzündlichen Prozesse beschleunigt zu sein. Laut Forschern des Cedars-Sinai könnten Veränderungen, die auf der Erde Jahre dauern, im Weltraum innerhalb von Tagen und Wochen auftreten. Hier sind einige der vorgeschlagenen Mechanismen:

1. Veränderungen im Zytoskelett

Zellen auf der Erde befinden sich ständig im Kampf mit der Schwerkraft. Das Zytoskelett, ein Netzwerk aus Proteinen wie Aktin und Tubulin, wird ständig gegen die Schwerkraft gedehnt. In der Mikrogravitation verschwindet diese Spannung, und die Zellen verlieren einen Teil ihrer normalen dreidimensionalen Form. Die Forscher vermuten, dass diese physikalische Strukturveränderung intrazelluläre Signalwege beeinflusst, darunter den NF-kB-Signalweg, einen zentralen Regulator der Entzündung im Körper.

2. Störung der Immunsignale

Immunzellen, insbesondere T-Zellen und Makrophagen, sind besonders empfindlich gegenüber Mikrogravitation. Studien an Astronauten deuten auf eine Veränderung der Immunzellfunktion und eine erhöhte Expression entzündlicher Gene während und kurz nach dem Flug hin. Einige dieser Veränderungen ähneln dem Muster, das bei Immunalterung beobachtet wird, auch bei relativ jungen Menschen. Dies ist einer der Gründe, warum der Weltraum als schnelles Modell für die Erforschung der Immunalterung dient.

3. Erhöhter oxidativer Stress

Der Weltraum ist voller kosmischer Strahlung: hochenergetische Teilchen von der Sonne und anderen Galaxien. Außerhalb des Erdmagnetfelds kann die Strahlenbelastung je nach Umlaufbahn und Aufenthaltsdauer deutlich höher sein als auf der Erde. Diese Strahlung erzeugt freie Radikale, die DNA, Lipide und Mitochondrien schädigen. Chronischer oxidativer Stress ist einer der bekannten Faktoren, die zu Inflammaging beitragen.

4. Beeinträchtigte Mitochondrienfunktion

Studien an Zellen im Weltraum deuten auf eine Beeinträchtigung der Mitochondrienfunktion hin, einschließlich einer verringerten Energieproduktionseffizienz und einer erhöhten Elektronenleckage, die weitere freie Radikale erzeugt. Geschädigte Mitochondrien senden Stresssignale, die das angeborene Immunsystem aktivieren, auch ohne dass ein echter Krankheitserreger vorhanden ist. Dies ist eine „sterile“ Entzündung, ein bekannter Mechanismus des Alterns auch auf der Erde.

5. Ansammlung von Zombie-Zellen

Zellen unter Stress sterben oft nicht und erneuern sich nicht, sondern werden zu Zombie-Zellen (seneszenten Zellen). Diese Zellen sezernieren das SASP, eine Mischung aus Zytokinen und Entzündungsfaktoren, die auch benachbarte Zellen in einen entzündlichen Zustand versetzt. Die Weltraumumgebung könnte die Ansammlung von Zombie-Zellen beschleunigen und eine Rückkopplungsschleife des Alterns erzeugen. Genau hier kommen senolytische Medikamente ins Spiel, die darauf abzielen, seneszente Zellen zu beseitigen.

Die Beweise und das Programm von Cedars-Sinai

Das Programm für Organoide und Organ-Chips im Weltraum

Am 24. August 2025 schickten Forscher des Cedars-Sinai im Rahmen des Instituts für Regenerative Medizin der Einrichtung Stammzellen und Organ-Chips zur Internationalen Raumstation. Das Ziel: erstmals Organoide von Herz und Gehirn im Weltraum zu erzeugen und Organ-Chips von Herz, Gehirn und Darm zu betreiben, um Inflammaging und seneszente Zellen zu untersuchen. Das Experiment wurde von der NASA und den NIH unterstützt.

Die Forscher verwendeten Zelllinien des Allen Institute, die so konstruiert wurden, dass sie leuchtende Marker tragen, die signalisieren, wann die Zellen zu Herz- oder Gehirnzellen werden. Die Begründung: In der Mikrogravitation schweben Zellen und organisieren sich auf natürliche Weise in einer dreidimensionalen Struktur, was auf der Erde schwer zu reproduzieren ist, wo Zellen dazu neigen, sich zu einer zweidimensionalen Schicht abzuflachen. Dr. Clive Svendsen, der leitende Direktor des Instituts, leitet die Arbeit an Gehirnorganoiden, und sein Labor konzentriert sich auf neurodegenerative Erkrankungen wie ALS, Huntington und Parkinson.

Test von senolytischen Medikamenten gegen Inflammaging

Ein zentraler Bestandteil des Programms ist die Testung von senolytischen Medikamenten, die seneszente Zellen beseitigen, gegen Inflammaging in den Weltraummodellen. Das Team arbeitet mit Dr. James Kirkland, Direktor des Zentrums für Advanced Gerotherapeutics am Cedars-Sinai, einem Pionier auf dem Gebiet der Senolytika. Die Idee: Wenn Alterungsprozesse im Weltraum beschleunigt werden, kann man schnell testen, ob ein Eingriff sie stoppen oder umkehren kann.

NASA Twins Study: Was wurde tatsächlich gefunden

In der klassischen Zwillingsstudie der NASA verbrachte Astronaut Scott Kelly etwa ein Jahr im Weltraum, während sein Zwillingsbruder Mark auf der Erde blieb. Die Ergebnisse wurden 2019 in Science veröffentlicht. Entgegen der Annahme verlängerten sich Scotts Telomere während des Aufenthalts im Weltraum tatsächlich, anstatt sich zu verkürzen. Nach der Rückkehr zur Erde verkürzten sie sich schnell und kehrten innerhalb von etwa sechs Monaten ungefähr auf das Ausgangsniveau zurück.

Die Forscher fanden auch Veränderungen in der Genexpression und epigenetischen Markern, aber die meisten Veränderungen, wenn auch nicht alle, kehrten nach der Rückkehr zur Normalität zurück. Etwa 50 von 62 gemessenen Zytokinen veränderten sich in irgendeiner Weise im Zusammenhang mit dem Flug, etwa die Hälfte davon stieg an. Die ausgewogene Schlussfolgerung: Ein längerer Aufenthalt im Weltraum ist mit oxidativem Stress, erhöhten Entzündungswerten und metabolischen Veränderungen verbunden, aber der Körper zeigt eine bemerkenswerte Flexibilität, und viele der Veränderungen sind reversibel. Die Studie zeigte keine „7 Jahre epigenetisches Altern“ und es wurden keine 2,5-fach höheren Zytokinwerte im Vergleich zum Bruder gemessen.

Was ist mit anderen Modellen beschleunigter Alterung?

Der Weltraum ist nicht das einzige Modell für beschleunigte Alterung. Die Forscher vergleichen ihn mit mehreren anderen Modellen:

• Progerie: Eine seltene genetische Erkrankung, bei der Kinder Anzeichen beschleunigter Alterung zeigen. Ein seltenes Modell, das aber keine umfangreichen Experimente erlaubt.
• Strahlung: Krebspatienten, die eine Strahlentherapie erhalten haben, können Anzeichen einer Beschleunigung von Alterungsprozessen zeigen. Ähnlich wie im Weltraum, aber ohne die Komponente der Mikrogravitation.
• Chronische Krankheit: HIV, Diabetes, Autoimmunerkrankungen. Alle sind mit beschleunigtem Inflammaging verbunden.
• Simulierte Mikrogravitation auf der Erde: Kontinuierliches Liegen oder Parabelflüge. Ähnlich, aber nicht identisch mit dem echten Weltraum.
• Organ-Chips und Organoide im Weltraum: Eine seltene Kombination aus hoher Kontrolle, menschlicher Relevanz und beschleunigten Prozessen. Dies ist die interessanteste Paarung.

Der Vorteil des neuen Modells: Man kann Eingriffe an menschlichen Modellen unter kontrollierten Bedingungen testen und schneller Hinweise erhalten. Auf der Erde würde die Verfolgung derselben Prozesse viel mehr Zeit in Anspruch nehmen.

Können die Ergebnisse auf die Erde übertragen werden?

Eine berechtigte Frage: Wenn die Mechanismen im Weltraum künstlich beschleunigt werden, sind sie dann für das „normale“ Altern relevant? Die Antwort ist komplex:

• Vorteil: Signalwege wie NF-kB, mTOR und AMPK, die an der Reaktion auf den Weltraum beteiligt sind, sind auch zentrale Signalwege des normalen Alterns.
• Nachteil: Die Strahlungsintensität im Weltraum kann sehr unterschiedlich sein. Einige Veränderungen könnten auf DNA-Schäden zurückzuführen sein, die nicht das alltägliche Altern repräsentieren.
• Vorteil: Organ-Chips ermöglichen einen direkten Vergleich zwischen menschlichen Zellen im Weltraum und auf der Erde im selben Experiment.
• Nachteil: Das Modell enthält kein zentrales Nervensystem oder vollständige, integrierte Organsysteme.
• Vorteil: Ein Eingriff, der entzündliche Prozesse im beschleunigten Modell stoppt, kann ein vielversprechender Kandidat für Tests auch auf der Erde sein.

Die Forscher schlagen das neue Modell als Screening-Plattform für Senolytika und entzündungshemmende Medikamente vor. Wenn ein Medikament in den Weltraummodellen eine Wirkung zeigt, ist dies ein ermutigender Hinweis, dass es sich lohnt, es in Studien auf der Erde weiter zu testen. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass ein Modell ein Modell ist und ein Laborergebnis keine Garantie für ein Ergebnis beim Menschen ist.

Was kann man aus der Forschung mitnehmen?

Diese Forschung ist für die meisten von uns nicht direkt zugänglich, aber es ergeben sich einige praktische Erkenntnisse:

1. Inflammaging ist kein Schicksal: Es ist ein aktiver Prozess, den man beeinflussen kann. Es lohnt sich, die CRP-Werte im Bluttest zu überprüfen. Konstant erhöhte Werte können auf eine systemische Entzündung hindeuten, und in diesem Fall sollte man einen Arzt konsultieren.
2. Körperliche Aktivität ist eine Waffe gegen Lähmung und Abbau: Ein Grund, warum Astronauten im Weltraum Muskel- und Knochenmasse verlieren, ist die fehlende Belastung. Regelmäßiges Krafttraining hilft, Muskeln und Knochen zu erhalten und wird mit einem Rückgang systemischer Entzündungsmarker in Verbindung gebracht.
3. Intervallfasten aktiviert Autophagie: Die zelluläre Müllabfuhr kann helfen, mit beschädigten Zellen umzugehen. Zeitlich begrenzte Essensmuster werden in diesem Zusammenhang untersucht, passen Sie sie jedoch an Ihre persönliche Gesundheit an.
4. Omega-3-Fettsäuren und Polyphenole: Fischöl, Curcumin, buntes Gemüse und Obst werden mit der Senkung von Entzündungsmarkern wie IL-6 und TNF-α in Verbindung gebracht. Es ist besser, sie aus einer abwechslungsreichen Ernährung zu beziehen.
5. Ausreichender Schlaf wirkt entzündungshemmend: 7-9 Stunden qualitativ hochwertiger Schlaf werden mit niedrigeren Spiegeln von Entzündungsmarkern in Verbindung gebracht. Schlafstudien bei Astronauten zeigen, dass ausreichender Schlaf im Weltraum eine echte Herausforderung ist.
6. Verfolgen Sie den Fortschritt der Forschung: Das Gebiet der Senolytika (wie Fisetin oder die Kombination Dasatinib + Quercetin) und Metformin werden in klinischen Studien untersucht. Beginnen Sie nicht eigenmächtig mit Medikamenten oder Nahrungsergänzungsmitteln, konsultieren Sie einen Arzt.

Die breitere Perspektive

Der Weltraum bietet einen seltsamen Spiegel: Er nimmt die langsamen Prozesse des menschlichen Lebens, das Altern, das sich über Jahrzehnte entwickelt, und kann sie auf Tage und Wochen beschleunigen. Das ist kein Zufall. Die Schwerkraft war seit jeher Teil der menschlichen Evolutionsumgebung. Die Zellen unseres Körpers, ihr Zytoskelett und ihre Signalwege sind darauf abgestimmt. Ohne Schwerkraft beginnen einige Systeme schneller zu versagen.

Aber genau das hilft uns. Wenn Alterungsprozesse in einer Umgebung beschleunigt werden können, sind sie möglicherweise dynamischer als wir dachten, umweltempfindlich und beeinflussbar. Die Organ-Chips und Organoide von Cedars-Sinai ermöglichen es, im Weltraum zu testen, ob senolytische und entzündungshemmende Medikamente den Prozess verlangsamen können, und mit nützlichen Hinweisen auch für uns auf der Erde zurückzukehren.

Die große Botschaft ist, dass das Altern kein Ereignis ist, sondern ein aktiver und regulierter Prozess. Je besser wir die Mechanismen verstehen, desto größer ist die Chance, Wege zu finden, sie zu zügeln. Der Weltraum ist nicht nur ein Ziel, sondern ein Forschungsinstrument. Er beleuchtet Mechanismen, die auf der Erde schwer zu sehen sind, und ermöglicht es, Eingriffe unter einzigartigen Bedingungen zu testen.

Referenzen:
Cedars-Sinai - Inflammaging in Space: Studying Aging on Organ Chips
Cedars-Sinai Newsroom - Pioneering Creation of Organoids in Space (Aug 24, 2025)
The NASA Twins Study, Science 2019